JP2007229799A - Cooling grid equipment for continuous casting and method for producing continuously cast slab - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、連続鋳造機の鋳型直下に設置される、鋳片を支持・冷却するためのクーリンググリッド設備、並びに、このクーリンググリッド設備の設置された連続鋳造機を用いた鋳片の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a cooling grid facility for supporting and cooling a slab installed immediately below a mold of a continuous casting machine, and a slab manufacturing method using the continuous casting machine in which the cooling grid facility is installed. Is.
鋼の連続鋳造においては、取鍋からタンディッシュに注入された溶鋼は、タンディッシュの底部に設置された浸漬ノズルを介して水冷式の鋳型に注入され、その後、鋳型によって形成された凝固シェルを外殻とする鋳片が、冷却されながら鋳型下方に連続的に引き抜かれ、連続鋳造鋳片が製造されている。この場合、先ず、鋳型においては、溶鋼は鋳型と接することによって冷却され、凝固シェルを形成する。その後、鋳型を抜けた鋳片は、ガイドロール、クーリンググリッド、クーリングプレートなどから構成される鋳片支持・案内装置によって支持されながらピンチロールによって鋳造方向に引き抜かれる。鋳片支持・案内装置によって支持されることにより、鋳片の厚み方向への膨らみ(「バルジング」という)が防止される。この鋳片支持・案内装置には水スプレーノズルやエアーミストスプレーノズルなどのスプレーノズル(以下、単に「スプレーノズル」と記載の場合には、水スプレーノズルとエアーミストスプレーノズルの両方を指すものとする)が配置されており、このスプレーノズルから噴霧される冷却水によって冷却されながら鋳片は引き抜かれ、やがて中心部までの凝固を完了させる。その後、連続鋳造機の機端に設置された鋳片切断機によって所定の長さに切断され、連続鋳造鋳片が製造される。 In continuous casting of steel, molten steel poured from a ladle into a tundish is poured into a water-cooled mold through an immersion nozzle installed at the bottom of the tundish, and then the solidified shell formed by the mold is used. The cast slab as the outer shell is continuously drawn below the mold while being cooled, and a continuous cast slab is manufactured. In this case, first, in the mold, the molten steel is cooled by contacting the mold to form a solidified shell. Thereafter, the slab that has passed through the mold is pulled out in the casting direction by a pinch roll while being supported by a slab support / guide device including a guide roll, a cooling grid, a cooling plate, and the like. By being supported by the slab support / guide device, swelling of the slab in the thickness direction (referred to as “bulging”) is prevented. This slab support / guide device includes a spray nozzle such as a water spray nozzle or an air mist spray nozzle (hereinafter simply referred to as “spray nozzle” means both a water spray nozzle and an air mist spray nozzle). The slab is pulled out while being cooled by the cooling water sprayed from the spray nozzle, and eventually solidification to the center is completed. Then, it cut | disconnects to predetermined length with the slab cutting machine installed in the machine end of the continuous casting machine, and a continuous casting slab is manufactured.
ところで、近年、製造コストを削減するべく、生産性の向上が以前にも増して要求されており、連続鋳造プロセスにおいては、製造ラインのスピード即ち鋳造速度の高速化が行われている。この鋳造速度の高速化を実現するには、様々な問題を解決する必要があるが、その中でも特に、鋳片を鋳型直下でより効率的に冷却し且つ支持する技術が必要となっている。高速鋳造下では、鋳型直下における凝固シェルの厚みが薄くなり、この凝固シェルが破れてブレークアウトが発生したり、或いは、凝固シェルの破れまでには至らないものの、鋳片が鋳型直下で溶鋼静圧によってバルジングしてしまい、これによって鋳型内の溶鋼湯面が上下に変動してモールドパウダーが凝固シェルに巻き込まれ、品質欠陥が発生したりするなどの問題が生じる。つまり、鋳型直下において、バルジングが生じないように凝固シェル厚みの薄い鋳片を支持しながら、且つ、効率良く鋳片を冷却する方法が求められている。 By the way, in recent years, in order to reduce the manufacturing cost, improvement in productivity has been demanded more than ever before, and in the continuous casting process, the speed of the manufacturing line, that is, the casting speed has been increased. In order to realize this high casting speed, it is necessary to solve various problems. In particular, a technique for more efficiently cooling and supporting the slab directly under the mold is required. Under high-speed casting, the thickness of the solidified shell immediately below the mold becomes thin, and this solidified shell breaks and breakout occurs, or the solidified shell does not break. Due to the pressure, bulging occurs, and the molten steel surface in the mold fluctuates up and down, and mold powder is caught in the solidified shell, resulting in problems such as quality defects. That is, there is a need for a method for efficiently cooling a slab directly under the mold while supporting a slab having a thin solidified shell thickness so that bulging does not occur.
従来、鋳片を鋳型直下で支持する方式としては、大きく分けて、ロール方式、クーリングプレート方式、クーリンググリッド方式の3種類に分類される(例えば、非特許文献1参照)。 Conventionally, methods for supporting a slab directly under a mold are roughly classified into three types: a roll method, a cooling plate method, and a cooling grid method (see, for example, Non-Patent Document 1).
ロール方式では、鋳造方向に隣り合うロールの隙間にスプレーノズルを設置し、スプレーノズルから噴霧される冷却水によって鋳片を冷却しながらロールで鋳片を支持する。この場合、鋳片を冷却する観点からは、ロール径を大きくしてロール間隔を拡大させ、鋳片の水冷される面積を広くすることが望ましいが、このようにすると鋳片を支持する間隔が広がるため、バルジングしやすくなってしまうという問題がある。また、ロールと鋳片とは線接触であるため、面で支持する他の2つの方式に比べて鋳片の支持面積が小さいという基本的な問題もある。 In the roll method, a spray nozzle is installed in a gap between adjacent rolls in the casting direction, and the slab is supported by the roll while cooling the slab with cooling water sprayed from the spray nozzle. In this case, from the standpoint of cooling the slab, it is desirable to increase the roll diameter to increase the roll interval and widen the area of the slab that is water-cooled. Since it spreads, there is a problem that it becomes easy to bulge. Moreover, since the roll and the slab are in line contact, there is also a basic problem that the slab support area is small compared to the other two methods of supporting by the surface.
クーリングプレート方式では、鋳片の幅方向全体を1つのプレートで支持しており、このプレートは、その内部に冷却水の流れる流路が形成された水冷構造であり、鋳片と接触して鋳片を間接的に冷却するとともに、プレートの表面から鋳片に向けて水を噴出して鋳片を直接冷却する機能をも備えている。このように、クーリングプレート方式では、鋳片の幅方向全体を大きな1つのプレートで支持しており、鋳片のバルジング防止には非常に有効な方式であるが、鋳片を直接冷却する面積が小さいので、鋳片の冷却効率が悪いという問題がある。また、ブレークアウトが発生した場合、プレート表面から噴射された水が鋳片を冷却した後に発生する蒸気の逃げ場がないため、水蒸気爆発が発生する危険性が高く、操業上にもまた安全上にも問題がある。更に、プレートが大きく、しかも一体構造であるため、加工及び補修が難しいことも大きな問題である(例えば、特許文献1参照)。 In the cooling plate method, the entire width of the slab is supported by a single plate, and this plate has a water cooling structure in which a flow path for cooling water is formed. In addition to indirectly cooling the piece, it also has a function of directly cooling the slab by ejecting water from the surface of the plate toward the slab. Thus, in the cooling plate method, the entire width direction of the slab is supported by one large plate, which is a very effective method for preventing bulging of the slab, but the area for directly cooling the slab is small. Since it is small, there is a problem that the cooling efficiency of the slab is poor. Also, when a breakout occurs, there is no escape point for the steam generated after the water sprayed from the plate surface cools the slab, so there is a high risk of a steam explosion, which is also safe for operation. There is also a problem. Furthermore, since the plate is large and has an integral structure, it is also a big problem that processing and repair are difficult (see, for example, Patent Document 1).
クーリンググリッド方式は、鋳片と直接接触しこれを支持するためのウェアプレートと、ウェアプレートを支持するバックフレームと、ウェアプレートの隙間に設置されるスプレーノズルと、で構成されており、千鳥配置された多数のウェアプレートが鋳片を支持し、且つ、多数のスプレーノズルから噴射された冷却水によって鋳片を直接冷却しており、鋳片の支持面積を確保すると同時に、鋳片の直接冷却の面積を確保するという両方を兼ね備えた設備である(例えば、特許文献2及び特許文献3参照)。
しかしながら、従来のクーリンググリッド方式の設備を精査検討したところ、従来のクーリンググリッド設備には以下に示す問題があることが判明した。 However, a careful examination of conventional cooling grid type equipment revealed that the conventional cooling grid equipment has the following problems.
即ち、従来のクーリンググリッド設備では、鋳片の冷却は、主に隣り合うウェアプレートの隙間に設置されたスプレーノズルから噴射される冷却水によって行われており、鋳片を支持するためのウェアプレートと鋳片との接触部には冷却水が直接当たらず、この部分の冷却能力が弱く、現状で求められている高速鋳造時にはクーリンググリッド設備全体の冷却能力が不十分であるという問題である。これは、ウェアプレート自体は、水冷構造ではなく、ウェアプレートの隙間に設置されるスプレーノズルから噴霧されるスプレー水によって冷却されており、鋳片とウェアプレートとの接触部はウェアプレートによる間接冷却になるからである。 That is, in the conventional cooling grid equipment, the slab is cooled mainly by cooling water sprayed from a spray nozzle installed in the gap between adjacent wear plates, and the wear plate for supporting the slab. The cooling water is not directly applied to the contact part between the slab and the slab, and the cooling capacity of this part is weak, and the cooling capacity of the entire cooling grid equipment is insufficient at the time of high-speed casting required at present. This is because the wear plate itself is not a water cooling structure, but is cooled by spray water sprayed from a spray nozzle installed in the gap of the wear plate, and the contact portion between the slab and the wear plate is indirectly cooled by the wear plate. Because it becomes.
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、鋳型直下の鋳片支持をクーリンググリッド方式で実施するに当たり、鋳片の支持面積を十分に確保すると同時に、鋳片の冷却能力を向上させた連続鋳造機用クーリンググリッド設備を提供することであり、また、このクーリンググリッド設備を備えた連続鋳造機を用いて連続鋳造鋳片を製造する方法を提供することである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and the object of the present invention is to ensure a sufficient support area of the slab when the slab support just below the mold is carried out by the cooling grid method, and at the same time, It is to provide a cooling grid facility for a continuous casting machine with improved cooling capacity, and to provide a method for producing a continuous cast slab using a continuous casting machine equipped with this cooling grid facility.
本発明者等は、上記課題を解決すべく、鋭意検討・研究を行った。以下に、検討・研究結果を説明する。 The present inventors have intensively studied and studied in order to solve the above problems. The results of the examination and research are explained below.
クーリンググリッド設備の冷却能力を高める手段の1つとして、クーリンググリッド設備の全体の面積に占めるウェアプレートの面積割合を低下させ、噴霧されるスプレー水で直接冷却される面積割合を拡大する方法が考えられる。しかしながら、クーリンググリッド設備の全体の面積に占めるウェアプレートの面積割合は20%から60%程度であり、鋳片を安定して支持する観点からは、この面積割合を現状よりも大幅に減ずることは困難である。そこで本発明では、クーリンググリッド設備の冷却能力を高める手段として、スプレーで直接冷却される部分の冷却能力を向上させると同時に、鋳片とウェアプレートとの接触部におけるウェアプレートによる間接冷却の向上を図ることを検討した。 One way to increase the cooling capacity of the cooling grid equipment is to reduce the area ratio of the wear plate in the total area of the cooling grid equipment and to increase the area ratio directly cooled by the spray water sprayed. It is done. However, the area ratio of the wear plate in the total area of the cooling grid equipment is about 20% to 60%. From the viewpoint of stably supporting the slab, this area ratio can be greatly reduced from the current level. Have difficulty. Therefore, in the present invention, as a means for increasing the cooling capacity of the cooling grid equipment, the cooling capacity of the portion directly cooled by the spray is improved, and at the same time, the indirect cooling by the wear plate at the contact portion between the slab and the wear plate is improved. Considered to plan.
ウェアプレートは、通常、鋳鋼製或いは鋳鉄製で、鋳片との接触面が平坦な平板状であり、スプレーノズルから噴射される冷却水によって冷却されていて、ウェアプレートと接触する部位の鋳片は、冷却水によって直接冷却されず、ウェアプレートを介して間接的に冷却されている。従って、クーリンググリッド設備における冷却能を更に高めるためには、ウェアプレートによる間接冷却を増強することが必要であることが分かった。 The wear plate is usually made of cast steel or cast iron, has a flat plate shape with a flat contact surface with the slab, is cooled by cooling water sprayed from a spray nozzle, and is a slab in contact with the wear plate. Is not cooled directly by the cooling water but is indirectly cooled via the wear plate. Accordingly, it has been found that indirect cooling by the wear plate is required to be enhanced in order to further increase the cooling capacity in the cooling grid facility.
そこで、ウェアプレートによる鋳片冷却の機構を検討した。その結果、スプレーノズルから供給される冷却水がウェアプレートの鋳片幅方向側の両側面にかかり、ウェアプレートが冷却され、かくして冷却されたウェアプレートにより鋳片が冷却されることが分かった。つまり、ウェアプレートの鋳片幅方向側の両側面の比表面積を増加させてウェアプレートの冷却を促進させることが、ウェアプレートによる鋳片の冷却促進に有効であることが分かった。 Therefore, the mechanism of slab cooling by wear plate was examined. As a result, it was found that the cooling water supplied from the spray nozzle was applied to both side surfaces of the wear plate on the slab width direction side, the wear plate was cooled, and the slab was cooled by the cooled wear plate. That is, it has been found that increasing the specific surface area of both side surfaces of the wear plate on the slab width direction side to promote the cooling of the wear plate is effective in promoting the cooling of the slab by the wear plate.
この検討結果に基づき、ウェアプレートとスプレーノズルとを組み合わせたクーリンググリッド設備の構造を模擬した実験装置を製作し、この実験装置において、従来のウェアプレートよりも幅の狭いウェアプレートを用い、ウェアプレートの形状や配置、及びスプレーノズルの形状を変更し、この模擬クーリンググリッド設備を用いて加熱した鋼材を冷却する実験を行い、各条件における冷却能力を比較評価した。 Based on the results of this study, we manufactured an experimental device that simulates the structure of a cooling grid facility that combines a wear plate and a spray nozzle. In this experimental device, we used a wear plate that was narrower than the conventional wear plate. The shape and arrangement of the nozzle and the shape of the spray nozzle were changed, and an experiment was conducted to cool the heated steel material using this simulated cooling grid equipment, and the cooling capacity under each condition was comparatively evaluated.
図1に、実験に供したクーリンググリッド設備の1例の概略図を示す。図1(A)は鋳片側から見た正面図、図1(B)は図1(A)のX−X’矢視による概略断面図である。尚、図1に示すウェアプレート14は縦長の八角形で船底状であるが、これに限るものではなく、種々の形状とすることができる。
FIG. 1 shows a schematic diagram of an example of a cooling grid facility used in the experiment. 1A is a front view seen from the slab side, and FIG. 1B is a schematic cross-sectional view taken along arrow X-X ′ in FIG. In addition, although the
実験では、ウェアプレート14の鋳片との鋳片幅方向の接触長さ(W)を変更するとともに、隣り合うウェアプレート同士の間隙を変更した。また、隣り合うウェアプレート同士の間隙を冷却するためのスプレーノズルとして、冷却水を楕円形に噴霧するオーバル型スプレーノズル、及び、冷却水を円錐状に噴霧するフルコーン型スプレーノズルを用いて比較した。図1では、スプレーノズルとしてオーバル型スプレーノズル15を配置した例を示し、また、スプレーノズルから噴霧される噴霧面を符号16で表している。
In the experiment, the contact length (W) in the slab width direction with the slab of the
1200℃に保持した電気炉で冷却用の鋼材を約1時間加熱した後、この鋼材を取り出し、実験装置に固定して冷却を開始した。冷却中、鋼材の温度変化を、鋼材に埋め込んだ熱電対により計測した。そして、この温度計測値をパーソナルコンピュータで読み込み、数値計算と組み合わせて鋼材表面における熱伝達率を算出した(実験方法の詳細は、実施例1で後述する)。 The steel material for cooling was heated for about 1 hour in an electric furnace maintained at 1200 ° C., and then the steel material was taken out and fixed to an experimental apparatus to start cooling. During cooling, the temperature change of the steel material was measured with a thermocouple embedded in the steel material. And this temperature measurement value was read with the personal computer, and the heat transfer coefficient in the steel material surface was calculated in combination with the numerical calculation (details of the experimental method will be described later in Example 1).
その結果、鋳片とウェアプレートとの鋳片幅方向の接触長さ(W)が40mm以下である、つまりウェアプレートの鋳片と接触する部位の幅が40mm以下である、従来のウェアプレートよりも幅の狭いウェアプレートを用いてクーリンググリッドを構成し、これらのウェアプレートの間隙を、鋳片幅方向よりも鋳造方向に長い形状にするとともに、ウェアプレートの間隙に、冷却水の噴霧衝突面の形状が楕円形となるオーバル型スプレーノズルを配置した場合が、冷却能力に優れていることが判明した。 As a result, the contact length (W) between the slab and the wear plate in the slab width direction is 40 mm or less, that is, the width of the portion of the wear plate that contacts the slab is 40 mm or less. A cooling grid is constructed using narrow wear plates, and the gaps between these wear plates are made longer in the casting direction than the slab width direction, and the cooling water spray impingement surface is placed in the wear plate gap. It was found that the cooling ability was excellent when an oval spray nozzle having an elliptical shape was arranged.
これは、ウェアプレートの鋳片と接触する部位の鋳片幅方向の幅が40mm以下の場合には、ウェアプレートにおける鋳片幅方向側の両側面の比表面積が大きくなり、ウェアプレート自体の冷却が促進され、ウェアプレートと接触する部位の鋳片の冷却も促進されるからである。一方、ウェアプレートの鋳片と接触する部位の鋳片幅方向の幅が40mmを超えた場合には、ウェアプレートにおける鋳片幅方向側の両側面の比表面積が小さくなり、ウェアプレート自体の冷却が遅くなり、鋳片の冷却は促進されないことが分かった。 This is because, when the width in the slab width direction of the portion in contact with the slab of the wear plate is 40 mm or less, the specific surface area of both side surfaces on the slab width direction side of the wear plate increases, and the wear plate itself is cooled. This is because the cooling of the slab at the portion in contact with the wear plate is also promoted. On the other hand, when the width in the slab width direction of the portion in contact with the slab of the wear plate exceeds 40 mm, the specific surface area of both side surfaces on the slab width direction side of the wear plate is reduced, and the wear plate itself is cooled. It was found that cooling of the slab was not accelerated.
即ち、図1に示すクーリンググリッド設備において、鋳片との鋳片幅方向の接触長さ(W)が40mm以下のウェアプレート14を、隣り合うウェアプレート同士の間隙が、鋳片幅方向よりも鋳造方向に長い長方形となるように千鳥配置し、且つ、この間隙形状に合わせて楕円形にスプレー水を噴霧するオーバル型スプレーノズル15を配置することで、フルコーン型スプレーノズルが設置された従来のクーリンググリッド設備よりも大幅に熱伝達率が向上し、クーリンググリッド設備における鋳片の冷却能力を強化できることが分かった。尚、一般的なクーリンググリッド設備では、ウェアプレートの間隙は、鋳片幅方向と鋳造方向とでほぼ同じ長さの正方形であり、設置されるスプレーノズルは冷却水を円錐状に噴霧するフルコーン型スプレーノズルが配置されている。
That is, in the cooling grid facility shown in FIG. 1, the
本発明は、上記検討結果に基づいてなされたものであり、第1の発明に係る連続鋳造機用クーリンググリッド設備は、連続鋳造機の鋳型直下に設置される連続鋳造機用クーリンググリッド設備であって、ウェアプレート1つ当たりの鋳片との鋳片幅方向の接触長さが40mm以下であるウェアプレートが、鋳片幅方向に隣り合うウェアプレート同士の間隙長さよりも鋳造方向に隣り合うウェアプレート同士の間隙長さのほうが大きくなるように配置され、且つ、ウェアプレート同士の間隙にオーバル型スプレーノズルが設置されていることを特徴とするものである。 The present invention has been made on the basis of the above examination results, and the cooling grid equipment for a continuous casting machine according to the first invention is a cooling grid equipment for a continuous casting machine installed immediately below the mold of the continuous casting machine. The wear plate whose contact length in the slab width direction with the slab per wear plate is 40 mm or less is adjacent to the wear direction in the casting direction rather than the gap length between the wear plates adjacent in the slab width direction. The gap length between the plates is arranged to be larger, and the oval type spray nozzle is installed in the gap between the wear plates.
また、第2の発明に係る連続鋳造鋳片の製造方法は、第1の発明に記載の連続鋳造機用クーリンググリッド設備を備えた連続鋳造機を用い、オーバル型スプレーノズルから冷却水を噴霧して鋳片を冷却しながら鋳造することを特徴とするものである。 A method for producing a continuous cast slab according to the second invention uses the continuous caster provided with the cooling grid equipment for the continuous caster according to the first invention, and sprays cooling water from an oval type spray nozzle. Then, the slab is cast while being cooled.
上記構成の本発明に係る連続鋳造機用クーリンググリッド設備によれば、鋳片の支持を確実に行うことができると同時に、鋳片の冷却を向上させることができ、高速鋳造条件であっても操業トラブルを生じることなく安定して高品質の鋳片を鋳造することが実現でき、工業上有益な効果がもたらされる。 According to the cooling grid equipment for a continuous casting machine according to the present invention having the above-described configuration, the slab can be reliably supported, and at the same time, the cooling of the slab can be improved, even under high-speed casting conditions. It is possible to stably cast a high-quality slab without causing operational trouble, and an industrially beneficial effect is brought about.
以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。図2は、本発明の実施の形態を示す図であって、本発明に係るクーリンググリッド設備を備えた連続鋳造機の概略図、図3は、図2におけるクーリンググリッド設備の拡大斜視図である。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 2 is a diagram showing an embodiment of the present invention, and is a schematic diagram of a continuous casting machine equipped with a cooling grid facility according to the present invention. FIG. 3 is an enlarged perspective view of the cooling grid facility in FIG. .
図2に示すように、連続鋳造機1には、溶鋼10を冷却して凝固させ、鋳片11の外殻形状を形成するための鋳型5が設置され、この鋳型5の上方所定位置には、取鍋(図示せず)から供給される溶鋼10を鋳型5に中継供給するためのタンディッシュ2が設置されている。タンディッシュ2の底部には、タンディッシュ2から鋳型5に注入される溶鋼10の流量を調整するためのスライディングノズル3が設置され、このスライディングノズル3の下面には、溶鋼10を鋳型5に注入するための耐火物製の浸漬ノズル4が設置されている。
As shown in FIG. 2, the continuous casting machine 1 is provided with a mold 5 for cooling and solidifying the
一方、鋳型5の下方には、鋳型5の直下にクーリンググリッド設備6が設置され、クーリンググリッド設備6の下方には、対向する複数対の鋳片支持ロール7が設置されている。クーリンググリッド設備6及び鋳片支持ロール7は、鋳型5から引き抜かれる鋳片11を支持しながら下方に案内するための鋳片支持・案内装置であり、鋳片支持ロール7には鋳片11を引き抜くためのピンチロール(図示せず)が含まれる。鋳造方向に隣り合う鋳片支持ロール7の間隙には、水スプレーノズル或いはエアーミストスプレーノズルなどのスプレーノズル(図示せず)が配置され、これらのスプレーノズルから噴霧される冷却水により、鋳片11は引き抜かれながら冷却される。
On the other hand, below the mold 5, a
また、鋳片支持ロール7の下流側には、鋳造された鋳片11を搬送するための複数の搬送ロール8が設置されており、この搬送ロール8の上方には、鋳造される鋳片11から所定の長さの鋳片11aを切断するための鋳片切断機9が配置されている。
A plurality of transport rolls 8 for transporting the
クーリンググリッド設備6は、図3に示すように、鋳片11を支持するための、千鳥配置された多数のウェアプレート14と、ウェアプレート14を支持するバックフレーム(図示せず)と、隣り合うウェアプレート14の隙間に設置されるオーバル型スプレーノズル15と、で構成されている。尚、図3では、クーリンググリッド設備6を鋳片11の幅方向の一部のみで示しているが、鋳片11の全幅に亘ってクーリンググリッド設備6が設置されている。
As shown in FIG. 3, the
ウェアプレート14は、鋳片11との鋳片幅方向の接触長さ(W)が40mm以下であることを必要とする。鋳片11とウェアプレート14との接触部はウェアプレート14による間接冷却であり、前記接触長さ(W)が40mmを超えると、前述したように、ウェアプレート自体の冷却が進まず、鋳片11とウェアプレート14との接触部の冷却も促進されないからである。
The
ウェアプレート14は鋳鋼製或いは鋳鉄製とすればよい。ウェアプレート14の形状は、図3に示すウェアプレート14は長方形であり、一方、図1に示すウェアプレート14は縦長の八角形で船底状であるが、これらに限るものではなく、以下の3つの要件を満たすものであるならば、どのような形状であっても構わない。
The
即ち、(1)ウェアプレート14と鋳片との鋳片幅方向の接触長さ(W)が40mm以下であり、(2)冷却水やスケールなどがウェアプレート14の間隙に堆積せず、下方へ流れ落ちるような間隙が確保できる形状であり、(3)ウェアプレート14による鋳片11の支持率が20〜60%で、その他の部位をオーバル型スプレーノズル15で冷却できる形状であることである。
That is, (1) the contact length (W) between the
また、ウェアプレート14と鋳片11との鋳造方向の接触長さ(L)は鋳片幅方向の接触長さ(W)よりも大きければ幾らでも構わないが、隣り合うウェアプレート同士の間隙を鋳片幅方向よりも鋳造方向に長い長方形にするために、前記接触長さ(L)が前記接触長さ(W)の3倍以上とすることが好ましい。つまり、ウェアプレート14の形状を、鋳造方向の接触長さ(L)が鋳片幅方向の接触長さ(W)に対して3倍以上となるようにすることが好ましい。
Further, the contact length (L) in the casting direction between the
このようなウェアプレート14を、鋳片幅方向に隣り合うウェアプレート同士の間隙長さよりも鋳造方向に隣り合うウェアプレート同士の間隙長さのほうが大きくなるように配置する。そして、ウェアプレート同士の間隙の形状に合わせて、噴霧面が楕円形となるオーバル型スプレーノズル15を配置する。オーバル型スプレーノズル15は、フルコーン型スプレーノズルに比較して冷却水の鋳片表面に衝突する際の動圧を大きくすることができるので、冷却水の水量密度が同一であっても鋳片11の冷却を強化することができる。ここで、オーバル型スプレーノズル15の形式は、水スプレーノズル及びエアーミストスプレーノズルの何れであっても構わない。
オーバル型スプレーノズル15の選定に当たっては、先ず、冷却水の噴霧範囲がウェアプレート間隙の領域を網羅するように、オーバル型スプレーノズル15の先端と鋳片表面までの距離を考慮して、噴霧形状を決定する。更に、冷却水内に懸濁する異物によるオーバル型スプレーノズル15の詰まり防止の観点から、スプレーノズルの異物通過径は1.5mm以上とすることが望ましい。特に、鋳片幅方向のウェアプレート14の配列数を多くしてウェアプレート間隙の幅を狭くしすぎると、小型のオーバル型スプレーノズル15のみ設置可能となり、その結果として、スプレーノズルの異物通過径が小さくなる場合が発生する。従って、ウェアプレート14の配列とオーバル型スプレーノズル15の選定の両者を勘案して、クーリンググリッド設備6を設計することが肝要である。尚、異物通過径とは、スプレーノズル先端のスプレー水が噴霧される部位の口径ではなく、スプレーノズル内の流路断面において、ノズル壁とノズル内部に設置される邪魔板などとの間隔が最も狭くなる位置の間隔で表される値である。
In selecting the oval
また、クーリンググリッド設備6の鋳造方向の設置長さは特に限定されるものではなく、少なくともウェアプレート14が鋳造方向に千鳥配置されるならば幾らであっても構わない。但し、クーリンググリッド設備6は、本来、鋳型直下で鋳片11を支持する装置であるので、3m以上の長さは必要としない。
Further, the installation length of the
このような構成の連続鋳造機1を用いて、タンディッシュ2に滞留する溶鋼10を、スライディングノズル3により流量を調整しながら浸漬ノズル4を介して鋳型5に注入する。鋳型5に注入された溶鋼10は、鋳型5と接触して冷却され、凝固シェル12を形成する。鋳型5における溶鋼湯面位置をほぼ一定位置に保ちながら、表面を凝固シェル12とし、内部を未凝固相13とする鋳片11を鋳型5の下方に連続的に引き抜き、溶鋼10の連続鋳造を実施する。鋳型5を引き抜かれた鋳片11は、クーリンググリッド設備6及び鋳片支持ロール7で支持されながら冷却され、やがて内部まで完全に凝固する。鋳造される鋳片11を鋳片切断機9によって切断し、所定の長さの鋳片11aを製造する。鋳片支持ロール7の間隙に設置されるスプレーノズルからの冷却水の噴霧量は、特に規定するものではなく、鋳造する鋼種や鋳造速度に応じて適宜最適な範囲を設定するものとする。
Using the continuous casting machine 1 having such a configuration, the
上記構成のクーリンググリッド設備6を用いて鋳片11を冷却することで、オーバル型スプレーノズル15によって冷却される部位、及び、ウェアプレート14によって間接的に冷却される部位の双方の冷却強度が向上するので、鋳片11を安定して支持しつつ、効率的に冷却することができ、鋳造速度の高速化による生産量の増加が可能になる。また、オーバル型スプレーノズル15によって冷却される部位と、ウェアプレート14によって間接的に冷却される部位との冷却強度の差が小さくなり、クーリンググリッド設備6における冷却の不均一性が改善されて、不均一冷却に起因する鋳片11の表面割れを防止することも可能となる。
By cooling the
ウェアプレートと水スプレーノズルとを組み合わせた、鋳型直下のクーリンググリッド設備の構造を模擬した実験装置を製作し、この実験装置において、本発明に係るクーリンググリッド設備及び従来のクーリンググリッド設備を模擬した実験装置を用い、加熱した鋼材を冷却し、冷却能力を比較・評価した。冷却能力を実験室的に評価する方法としては、加熱した鋼材に水を噴霧して冷却し、鋼材の温度履歴から熱伝達率を求める方法が一般的であり、そこで、本実施例では、鋼材の冷却される面とは反対側に穴を設け、そこに熱電対を埋め込み、熱電対で温度履歴を測定した。 An experimental device that simulates the structure of a cooling grid facility directly under the mold, combining a wear plate and a water spray nozzle, is manufactured, and in this experimental device, an experiment that simulates the cooling grid facility according to the present invention and the conventional cooling grid facility Using the equipment, the heated steel was cooled, and the cooling capacity was compared and evaluated. As a method for laboratory evaluation of the cooling capacity, a method is generally used in which water is sprayed on the heated steel material to cool it, and the heat transfer coefficient is obtained from the temperature history of the steel material. A hole was provided on the side opposite to the surface to be cooled, a thermocouple was embedded therein, and the temperature history was measured with the thermocouple.
実験は、図4に示すように、6個のオーバル型水スプレーノズルと、6個のウェアプレートとを組み合わせた構成の実験装置を用いた。加熱した鋼材をウェアプレートに接触させた状態として、この鋼材に、オーバル型水スプレーノズルから冷却水を噴射して冷却した。尚、図4は、クーリンググリッド設備の冷却能力を比較・評価するための実験装置の概略図である。 In the experiment, as shown in FIG. 4, an experimental apparatus having a combination of six oval water spray nozzles and six wear plates was used. The heated steel material was brought into contact with the wear plate, and the steel material was cooled by jetting cooling water from an oval water spray nozzle. FIG. 4 is a schematic diagram of an experimental apparatus for comparing and evaluating the cooling capacity of the cooling grid equipment.
本発明に係るクーリンググリッド設備を模擬した実験装置としては、図4に示すように、前述した図1に示すクーリンググリッド設備を模擬した実験装置を準備した。即ち、縦長の八角形で船底状のウェアプレート14を、ウェアプレート14の鋳片幅方向の間隙が45mm、鋳造方向の間隙が90mmとなるように、鋳片幅方向に2列、鋳造方向に3段千鳥配置し、これらの間隙にオーバル型水スプレーノズル15を配置した。ウェアプレート14の船底部(鋳片に接触する部分)の幅は最大で25mmである。
As an experimental apparatus simulating the cooling grid equipment according to the present invention, as shown in FIG. 4, an experimental apparatus simulating the above-described cooling grid equipment shown in FIG. 1 was prepared. That is, the longitudinally long octagonal ship-
これに対して、従来のクーリンググリッド設備を模擬した実験装置としては、長方形のウェアプレートを、ウェアプレート間隙が鋳片幅方向及び鋳造方向ともに90mmとなるように、鋳片幅方向に2列、鋳造方向に3段千鳥配置し、これらの間隙にフルコーン型水スプレーノズルを配置した。この場合、ウェアプレートが鋳片に接触する部分の幅は50mmである。 On the other hand, as an experimental apparatus simulating a conventional cooling grid facility, rectangular wear plates are arranged in two rows in the slab width direction so that the wear plate gap is 90 mm in both the slab width direction and the casting direction. Three-stage staggered arrangement was made in the casting direction, and full cone type water spray nozzles were arranged in the gaps. In this case, the width of the portion where the wear plate contacts the slab is 50 mm.
加熱用に用いた鋼材は、幅400mm、高さ600mm、厚み20mm、炭素濃度が0.2質量%の炭素鋼であり、この鋼材の冷却面とは反対側の面に、直径1.8mm、深さ18mmの穴を19個空けて、そこに直径1.6mmのK型シース熱電対を埋め込んだ。熱電対の埋め込み位置は、図4に示すように、ウェアプレート間隙部及びウェアプレート接触部の合計19箇所である。オーバル型水スプレーノズル及びフルコーン型水スプレーノズルともノズル先端と鋼材との距離は80mmとした。 The steel material used for heating is carbon steel having a width of 400 mm, a height of 600 mm, a thickness of 20 mm, and a carbon concentration of 0.2% by mass. On the surface opposite to the cooling surface of this steel material, a diameter of 1.8 mm, Nineteen holes with a depth of 18 mm were made, and a K-type sheathed thermocouple with a diameter of 1.6 mm was embedded therein. As shown in FIG. 4, the thermocouple is embedded at a total of 19 locations including the wear plate gap and the wear plate contact portion. The distance between the nozzle tip and the steel material was 80 mm for both the oval type water spray nozzle and the full cone type water spray nozzle.
実験では、1200℃に保持した電気炉で上記の鋼材を約1時間加熱し、均一に加熱された鋼材を取り出して実験装置に固定し、冷却を開始した。鋼材の冷却中、熱電対による19点の温度測定値を0.1秒毎にパーソナルコンピュータに取り込んだ。実験後、計測した温度履歴と数値計算とを組み合わせて、それぞれの熱電対の位置における熱伝達率(局所熱伝達率)を算出し、得られた局所熱伝達率の面積平均値で、クーリンググリッド設備の冷却能を評価した。 In the experiment, the above steel material was heated for about 1 hour in an electric furnace maintained at 1200 ° C., the uniformly heated steel material was taken out and fixed to the experimental apparatus, and cooling was started. During the cooling of the steel material, 19 temperature measurement values by a thermocouple were taken into a personal computer every 0.1 second. After the experiment, the measured temperature history and numerical calculation are combined to calculate the heat transfer coefficient (local heat transfer coefficient) at each thermocouple position, and the area average value of the obtained local heat transfer coefficient is used as the cooling grid. The cooling capacity of the equipment was evaluated.
試験は、以下の2つの水準で実施した。 The test was conducted at the following two levels.
水準1:従来のクーリンググリッド設備を模擬した実験装置を使用し、フルコーン型水スプレーノズル1本当たりの冷却水量を25リットル/分として試験を行った。この場合のウェアプレート間隙における冷却水の水量密度は、3090リットル/分・m2 である。ここで、ウェアプレート間隙における冷却水の水量密度とは、1つのスプレーノズルから噴出した冷却水の1分間当たりの流量を、ウェアプレート間隙の面積で徐した値である。ウェアプレート間隙の面積は、「ウェアプレート間隙の面積=(鋳片幅方向に隣り合うウェアプレートの間隙長さ)×(鋳造方向に隣り合うウェアプレートの間隙長さ)」で定義する。以下、水準1を「従来例」と記す。 Level 1: The test was performed using an experimental apparatus simulating a conventional cooling grid facility, and the amount of cooling water per full cone water spray nozzle was 25 liters / minute. In this case, the water density of the cooling water in the gap between the wear plates is 3090 liters / minute · m 2 . Here, the amount density of the cooling water in the gap between the wear plates is a value obtained by gradually reducing the flow rate per minute of the cooling water ejected from one spray nozzle by the area of the wear plate gap. The area of the wear plate gap is defined as “wear plate gap area = (gap length of wear plates adjacent in the slab width direction) × (gap length of wear plates adjacent in the casting direction)”. Hereinafter, level 1 is referred to as “conventional example”.
水準2:本発明に係るクーリンググリッド設備を模擬した実験装置を使用し、オーバル型水スプレーノズル1本当たりの冷却水量を12リットル/分として試験を行った。この場合のウェアプレート間隙における冷却水の水量密度は、2960リットル/分・m2 であり、従来例とほぼ同等である。以下、水準2を「本発明例」と記す。
Level 2: A test was performed using an experimental apparatus simulating a cooling grid facility according to the present invention, with the amount of cooling water per oval water spray nozzle being 12 liters / minute. In this case, the density of the cooling water in the gap between the wear plates is 2960 liters / minute · m 2 , which is almost the same as the conventional example. Hereinafter,
表1に、これら2つの水準で測定された、鋼材の表面温度が850℃の時点におけるクーリンググリッド設備の平均熱伝達率を示す。ここで平均熱伝達率は、図4に示した熱電対設置位置において局所熱伝達率を求め、測定範囲における面積平均値で表示したものである。 Table 1 shows the average heat transfer coefficient of the cooling grid equipment measured at these two levels when the steel surface temperature is 850 ° C. Here, the average heat transfer coefficient is obtained by calculating the local heat transfer coefficient at the thermocouple installation position shown in FIG.
表1に示すように、従来例におけるクーリンググリッド設備の平均熱伝達率は、1500kcal/m2 ・hr・Kであった。これに対して、本発明例では、クーリンググリッド設備の平均熱伝達率は、1860kcal/m2・hr・Kであり、ウェアプレート間隙における冷却水の水量密度が従来例とほぼ同等であるにも拘わらず、従来例に比べて冷却能率が約24%向上することが確認できた。 As shown in Table 1, the average heat transfer coefficient of the cooling grid facility in the conventional example was 1500 kcal / m 2 · hr · K. In contrast, in the example of the present invention, the average heat transfer coefficient of the cooling grid equipment is 1860 kcal / m 2 · hr · K, and the water density of the cooling water in the wear plate gap is almost equal to that of the conventional example. Regardless, it was confirmed that the cooling efficiency was improved by about 24% compared to the conventional example.
1 連続鋳造機
2 タンディッシュ
3 スライディングノズル
4 浸漬ノズル
5 鋳型
6 クーリンググリッド設備
7 鋳片支持ロール
8 搬送ロール
9 鋳片切断機
10 溶鋼
11 鋳片
12 凝固シェル
13 未凝固相
14 ウェアプレート
15 オーバル型スプレーノズル
16 噴霧面
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